DD137455B1 - Antrieb für Maschinen mit periodisch veränderlicher Belastung, insbesondere für die Eimerkette von Eimerkettenbaggern - Google Patents

Description

Titel

Antrieb für maschinen mit periodisch veränderlicher Belastung, insbesondere für die Eimerkette von Eimerkettenbaggern

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Antrieb für Maschinen mit periodisch veränderlicher Belastung, insbesondere für die Eimerkette von Eimerkettenbaggern, bei dem die Maschinenhauptwelle mit dom Antriebsmotor über ein Umlaufrädergetriebe im Drei-Wellen-Betrieb verbunden ist, dessen zweite Antriebswelle, vorzugsweise das Gehäuse des Umlaufrädergetriebes, für die Anordnung einer Überlastsicherung und/oder für die torsionselastische Abstützung des Antriebes gegenüber dem Maschinengestell verwendet wird«

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Maschinenan,riebe werden im allgemeinen infolge von periodisch übersetzenden Getrieben im Antriebssystem, infolge von Massenwirkungen und infolge periodisch veränderlicher Arbeits- und Bewegungswiderstände durch periodisch veränderliche Kräfte und Momente belastet· So werden zum Beispiel in Eimerkettenbaggern von der Eimerkette infolge des ungleichmäßigen Übersetzungsverhältnisses zwischen der Eimerkette und dem Antriebsturas (Polygoneffekt) sowie infolge von veränderlichen Grab- und Bewegurgswiderständen an der Eimerkette periodisch veränderliche Kräfte bzw« Momente in das Antriebssystem eingeleitet.

Die periodisch veränderlichen Belastungen des Antriebssystems werden über die Elemente des Systems auf den An- triebsmotor und auf den Maschinenrahmen übertragen·

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Sie verursachen Torsionsschwingungen im Antriebssystem und damit verbunden zusätzliche dynamische Kräfte bzw. Momente, die die übertragenen Leistungen begrenzen und die Lebensdauer der Elemente des Antriebssystems verringern. 5

Für die Verringerung der dynamischen Belastung von Maschinenantrieben, bei denen die Maschinenhauptwelle mit dem Antriebsmotor Über Umlaufrädergetriebe im Drei-Шіеп-Betrieb verbunden ist, und bei denen die zweite Abtriebswelle - vorzugsweise das Gehäuse dea Umlaufrädergetriebe für die Anordnung einer Überlastsicherung und/oder für die torsionselastische Abstützung des Antriebes im Maschinengestell verwendet wird, sind Lösungen bekannt, die auf dem Prinzip der Schwingungstilgung beruhen.

Mir den Antrieb der Eimerkette eines Eimerkettenbaggers, der ein Umlaufrädergetriebe mit elastisch über eine Rastrollensicherung im Maschinenrahmen abgestütztes Getriebegehäuse enthält, ist es bekannt (nach DUkPS 65 161), die Abstützung des Getriebegehäuses durch geeignete Wahl der Federkonstante der Abstützung und entsprechende Wahl des reduzierten Massenträgheitsmomentes des Getriebegehäuses so auszubilden, daß die Sigenkreisfrequenz dieses Teilsystems des Antriebes gleich der Kreisfrequenz des periodisch veränderlichen Belastungsmomentes an der Turaswelle ist.

Das Getriebegehäuse wirkt dann als Schwingungstilger für das einer periodisch veränderlichen äußeren Belastung unterworfene Antriebssystem. Diese Lösung erfordert bei den derzeitig gebräuchlichen Kettengeschwindigkeiten von Eimerkettenbaggern ein sehr großes reduziertes Massenträgheitsmoment des Getriebegehäuses, das nur durch Anbringen zusätzlicher Schwungmassen erreichbar ist, oder eine sehr weiche Abstützung des Getriebegehäuses im Maschinenrahmen, die konstruktiv nur sehr aufwendig realisierbar ist.

Es ist weiterhin bekannt, (nach O¹B-OS 2260 176 und Da-PS 100 302), die zusätzliche Schwungmasse zur Erreichung des erforderlichen reduzierten Massenträgheitsmomentes des Getriebegehäuses nicht direkt sondern über ein zusätzliches Getriebe an das Getriebegehäuse anzukoppeln. Bei entsprechender Wahl des Übersetzungsverhältnisses des Ankoppelgetriebes (i 1) kann damit die notwendige Schwungmasse wesentlich verringert werden« Diese Lösung hat den Nachteil, daß beim Ansprechen der Überlastsicherung, die in der elastischen Abstützung des Getriebegehäuses angeordnet ist, das Gehäuse des Umlaufrädergetriebes eine freie Drehbewegung ausführt, die über das Ankoppelgetriebe auf die Schwungmasse übertragen wird. Das Ankoppelgetriebe muß deshalb umlauffähig sein. Bei Verwendung eines mehrstufigen Zahnradgetriebes als Ankoppelgetriebe für die Schwungmasse erhält man eine konstruktiv aufwendige Lösung.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die dynamische Belastung der Elemente des Antriebes infolge der periodisch veränderlichen Belastung durch die Ausnutzung von Tilgereffekten zu minimieren, um ihre Zuverlässigkeit zu erhöhen und eine konstruktiv einfache und damit ökonomische Bauweise der Antriebe zu ermöglichen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Antrieb für Maschinen mit periodisch veränderlicher Belastung, insbesondere für die Eimerkette von Eimerkettenbaggern, zu entwikkeln, bei dem der Effekt der Tilgung dynamischer Kräfte und Momente in den Elementen des Antriebes mit einer möglichst geringen zusätzlichen Schwungmasse und ohne Verwendung

eines umlauffähigen Getriebes zur Ankopplung der Schwungmasse erzielt werden kann·

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß in einem Antrieb bekannter Bauart mit einem Umlaufrädergetriebe im Drei-Wellen-Betrieb, dessen zweite Abtriebswelle (der Nebenzweig) für die Anordnung einer Überlastsicherung und/oder der torsionselastischen Abstützung des Antriebes im Maschinengestell verwendet wird, die zueatzliehe Schwungmasse mittels eines zwangläufigen Mechanismus an den Rahmen der torsionselastischen Abstützung bzw» an den gestellseitigen Teil der Überlastsicherung angekoppelt ist. Für die Ankopplung der Schwungmasse sind alle möglichen Arten von Übertragungsmechanismen, bevorzugt Zahnradgetriebe, Koppelmechanismen, Reibkörpergetriebe oder Wälzhebelgetriebe anwendbar. Die kinematisch wirkenden Abmessungen des Ankoppelmechanismus weisen ein annäherungsweise konstantes Übersetzungsverhältnis des Mechanismus innerhalb des durch die elastische Abstützung des Antriebes bestimmten Bewegungsbereiches auf, welches klei-.ner als 1 ist (d.h. di'e Winkelgeschwindigkeit des Rahmens der elastischen Abstützung ist kleiner als die Winkelgeschwindigkeit der Schwungmasse). Das Trägheitsmoment der Schwungmasse ist in Abhängigkeit von den Massen bzw. Massenträgheitsmomenten sowie den Federcharakteristiken aller Elemente des Antriebssystems und vom Minimum der Drehschwingungsamplitude und/oder der Amplitude des dynamischen Momentes in der Antriebswelle des Umlaufrädergetriebes bestimmt. Die Eigenkreisfrequenz des Antriebes bei festgehaltener Antriebswelle des Differentialgetriebes und freier Maschinenhauptwelle ist dann gleich oder ungefähr gleich der Eigenkreisfrequenz der dominierenden Harmonischen des Belastungsmomentes.

Eine weitere Lösung der Aufgabe stellt erfindungsgemäß die elastische Ankopplung der Schwungmasse mittels eines Mechanismus der beschriebenen Art, der ein oder mehrere elastische Glieder enthält, dar, In einem Maschinenantriob der beschriebenen Art wirkt das Grundsystem infolge seiner elastischen Abstützung im Maschinengestell und seinem speziell dimensionierten Massenträgheitsmoment bzw» die elastisch angekoppelte Schwungmasse als Schwingungstilger, der durch das periodisch veränderliche Belastungsmoment an der Maschinenhauptwelle zu Zwangsschwingungen erregt wird, deren Amplituden mit der Erregung in Gegenphase liegen, so daß der periodisch veränderliche Anteil des Belastungsmomentes ganz oder teilweise getilgt wird.

Die starr oder elastisch über einen Mechanismus angekoppelte Schwungmasse führt dabei nur eine schwingende Bewegung aus. Beim Ansprechen einer im lebenzweig des Antriebes angeordneten Überlastsicherung führt nur die zweite Abtriebswelle des Differentialgetriebes eine freie Drehbewegung aus, die Schwungmasse verbleibt dann gemeinsam mit dem gestellseitigen Teil der überlastsicherung in Ruhe·

Ausfuhrungsbeispiel

Die Erfindung wird nachfolgend am Beispiel des Antriebes der Eimerkette eines Eimerkettenbaggers näher erläutert.

In den zugehörigen Zeichnungen zeigen ι

Pig* 1 das Strukturschema des Antriebes 10

Pig» 2 das kinematische Schema eineö Eimerkettenantriebes mit symmetrisch im Maschinengestell abgestützter Rastrollensicherung und über Gelenkmechanismen angekoppelten Schwungmassen

Pig· 3 einen Eimerkettenantrieb mit einseitig im Maschinengestell abgestützter Bremsbackensicherung und über einen Gelenkmechanismus angekoppelter Schwungmasse

Pig. 4 einen Eimerkettenantrieb mit einseitig im Maschinengestell abgestützter Kastrollensicherung und über einen elastischen Gelenkmechanismus angekoppelter Schwungmasse

Der Antrieb besteht aus dem Antriebsmotor 1, einem Blockgetriebe 2 und dem nachgeschalteten Umlaufrädergetriebe 3, dessen Abtriebswelle 5, die Stegwelle, mit der Turaswelle 6 verbunden ist, die den Antriebsturas der Eimerkette trägt.

Das Gehäuse 4 des UmlaufrädergetriebeS, das als zweite Abtriebswelle des im Drei-Wellen-Betrieb arbeitenden Umlaufrädergetriebes dient, ist über eine Rastrollensicherung als drehmomentbegrenzende Kupplung torsionselastisch mit dem Maschinengestell verbunden.

Die Rastrollensicherung wird aus dem Rahmen 7, den im Rahmen gelagerten Rollenhebeln 8 mit den Rastrollen 9 und dem Verbindungsgestänge 10 mit der Anpreßfeder 11 gebildet. Die Anpreßfeder 11 drückt die Rastrollen 9 in Kurvenstücke 12, die in das Getriebegehäuse 4 eingesetzt sind und deren Krümmungsradius gleich dem Radius der Rastrollen ist. Bis zum Erreichen eines Grenzdrehmomentes, das durch die Anpreßfeder 11 bestimmt wird, ist damit eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Getriebegehäuse 4 und dem Rahmen 7 der Rastrollensicherung hergestellt.

An den Rahmen 7» der über die Feder 13 symmetrisch und torsionselastisch im Maschinengestell abgestützt ist, sind über Koppelstangen 14 Schwungmassen 16 angekoppelt.

Der Ankoppelmechanismus ist ein viergliedriger ebener Koppelmechanismus, gebildet aus dem Rahmen 7, der Eoppelstange 14» dem Exzenterhebel 15 an der Sc?-W\mgmasse und dem Maschinengestell, dessen übertragungsfunktion innerhalb des durch die Federn 13 bestimmten Schwingwinkels des Rehmens 7 näherungsweise linear ist.

Das elastisch abgestützte Umlaufrädergetriebe bildet ein schwingungsfähiges System, das durch die Wahl der Federkonstante der Stützfeder 13 und/oder des Massenträgheitsmomentes der Schwungmasse 16 so abgestimmt ist, daß das dynamische Moment in der Ritzelwelle des Umlaufrädergetriebes 3 und damit in allen übrigen Elementen des Antriebssystems bis zum Antriebsmotor 1 infolge der dominierenden Harmonischen der periodischen Belastung minimal wird.

In einer weiteren Ausführung eines Eimerkettenantriebes mit Bremsbackensicherung ist die torsionselastische Abstützung und die Ankopplung einer zusätzlichen Schwungmasse aus Platzgründen im Maschinengestell nur einseitig ausgeführt.

Es sind außerdem Ausführungen des Eimerkettenantriebes möglich, bei denen die Schwungmasse 16, elastisch an den Rahmen 7 der Überlastsicherung bzw· der torsionselastischen Abstützung angekopplet ist· Eine derartige Ausführung eines Eimerkettenantriebes weist eine Rastrollensicherung auf, wobei die Schwungmasse 16 über einen 4-gliedrigen ebenen, elastischen Mechanismus ange~ koppelt ist, der aus dem Rahmen 7, der längselastischen Koppelstange 14 mit dem Federzylinder 17, dem Exzenterhebel 15 an der Schwungmasse und dem Maschinengestell gebildet wird.

Durch die Ankopplung der Schwungmasse über einen elastischen Mechanismus laßt sich der Tilgereffekt mit einer wesentlich geringeren Schwungmasse realisieren als durch die Ankopplung mit einem vergleichbaren zwangläufigen Mechanismus mit starren Gliedern.

Claims (2)

ü'r findung s an s pruc h

1. Antrieb für Maschinen mit periodisch veränderlicher Belastung, insbesondere für die Eimerkstte von Eimerkettenbagger'", bei dem die Maschinenhauptwelle mit dem Antriebsmotor über ein Umlaufrädergetriebe im Drei-Wellen-Betrieb verbunden ist, dessen zweite Abtriebswelle, vorzugsweise das Gehäuse des Umlaufrädergetriebes, für die Anordnung einer Überlastsieherung und/oder torsionselastischen Abstützung des Antriebes im Maschinengestell verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß am Rahmen der elastischen Abstützung bzw. am gestellseitigen, nicht umlauffähigen Teil der Überlastsicherung eine Schwungmasse über einen Übertragungsmechanismus mit starren oder elastischen Gliedern angekoppelt ist, deren Massenträgheitsmoment in Abhängigkeit von den Massen bzw. Massenträgheitsmomenten sowie den Federcharakteristiken aller Elemente des Antriebssystems und vom Minimum der Drehschwingungsamplitude und/oder der Amplitude des dynamischen Momentes in der Antriebswelle des Umlaufrädergetriebes aus der dominierenden Harmonischen der periodisch veränderlichen Belastung des Antriebes bestimmt ist.

2. Antrieb nach Punkt 1 dadurch gekennzeichnet, daß die kinematisch wirksamen Parameter des Übertragungsmechanismus zur Ankopplung der Schwungmasse ein konstantes oder annähernd konstantes Übersetzungsverhältnis des Mechanismus im unbelasteten Zustand innerhalb des durch die torsionselastische Abstützung des Antriebes und des Belastungsmomentes bestimmten Bewegungsbereiches aufweisen, welches kleiner als 1 ist.

Hierzu 4 Seiten Zeichnungen

In Betracht gezogene Druckschriften: DD-PS 65161, 100302 (E 02 F, 3/14) SU 187647 (84 d, 3/14)